一种安全的纯二氧化氯气体制备方法与流程

本发明涉及二氧化氯产品及制备方法领域，具体涉及一种安全的纯二氧化氯气体制备方法。

背景技术：

1、二氧化氯是一种被世界卫生组织推荐为第四代的环保消毒剂，也是被世界粮农组织评定为安全级别为a1级(糖盐同等安全级别)的消毒剂。二氧化氯具有杀菌、漂白、除臭、消毒、保鲜的功能，可用于食品、食品加工、制药、医院、公共环境等的消毒、防霉和食品的防腐保鲜等。

2、二氧化氯具有共轭共振结构，氯的3d轨道参与c-π键共轭。液态二氧化氯极不稳定，能与许多化学物质发生爆炸性反应，对受热、震动、撞击、摩擦等相当敏感，极易分解发生爆炸。气态二氧化氯在空气中的含量高于10％，水中含量高于30％时，易于爆炸。鉴于二氧化氯的特性，在制备和使用过程时，其安全问题是十分重要的。

3、为确保二氧化氯的稳定性，最常用的方式是通过加入缓释钝化稳定剂，但稳定的二氧化氯不具有消毒杀菌作用，使用前需进行酸化，在酸性条件下二氧化氯重新活化释放。常用的活化剂是柠檬酸粉末，但这种方式活化后的二氧化氯浓度往往很稀，不能满足大规模使用需求。另一种活化方式是使用浓硫酸或浓盐酸与氯酸钠固体反应，实时制备二氧化氯，这种方式转化率固然高，但反应前期二氧化氯释放速率快，存在一定安全隐患，而且未反应的硫酸和盐酸也会随着二氧化氯一起释放出来，制得的二氧化氯不纯。

4、电解法是目前制备二氧化氯的热门方法之一，与化学方法相比，该方法可直接利用氯酸钠或次氯酸钠等单一反应物质电解生成二氧化氯，且二氧化氯可连续释放，制备方法安全且可以得到高纯度的二氧化氯。

技术实现思路

1、基于背景技术存在的问题，本发明提供了一种安全的纯二氧化氯气体制备方法，采用电解法制备二氧化氯，安全稳定，转化率高。

2、本发明通过以下技术方案实施：

3、一种安全的纯二氧化氯气体制备方法，采用电解法制备二氧化氯，包括以下步骤：

4、步骤一、制备电解所需的阳极电极和阴极电极；

5、步骤二、将亚氯酸钠溶液注入阳极室，将氯化钠注入阴极室；

6、步骤三、控制反应温度，施加恒定电流持续电解；

7、步骤四、回收阳极上产生的二氧化氯。

8、电解亚氯酸钠的反应原理如下：

9、naclo2+h2o→clo2+naoh+1/2h2(阴极放出)

10、反应过程中阳极室中的clo2-迁移至阳极电极表面，失电子氧化为clo2。

11、进一步地，所述阳极液亚氯酸钠的浓度为0.1-5mol/l，阴极液氯化钠的浓度为0.1-5mol/l。

12、进一步地，所述阳极电极为表面涂有第一催化剂的钛片；所述阴极电极为表面涂有第二催化剂的钛片。

13、进一步地，所述第一催化剂为氧化钌、氧化铑和氧化铂的混合物。

14、进一步地，所述表面涂有第一催化剂的钛片的具体操作步骤为：将氯化钌、氯化铑和氯化铂按质量比1：(0.1-0.5)：(0.1-0.5)溶解在乙醇中得到混合溶液a，将钛片浸入混合溶液a中20s，取出沥干，然后放入电阻炉中，220℃反应20min，取出冷却至室温，重复操作10-20次，即可得表面涂有氧化钌、氧化铑和氧化铂的混合物的钛片。

15、进一步地，所述第二催化剂为氧化镍和氧化钴混合物，其中，氧化镍和氧化钴的质量比为1：(0.1-1)。

16、进一步地，所述阴极电极表面涂覆的第二催化剂用量为1-10g/m2。

17、进一步地，步骤三中反应温度为25-40℃，恒定电流为1-5a。

18、进一步地，阳极室和阴极室中间以阳离子交换膜隔开。

19、进一步地，步骤三中反应温度通过电解发生器实时温控系统控制，所述电解发生器实时温控系统包含控制模块、混合热交换模块、反馈系统模块；

20、其中，反馈系统模块包含温度传感器和转换模块一，温度传感器将检测温度传送给转换模块一，转换模块一将温度信号转变成电信号反馈到控制模块；

21、混合热交换模块包含热流介质进口流量阀、冷流介质进口流量阀、混合器、循环泵；

22、打开控制按钮，设定电解发生器工作温度，其系统控制算法如下：

23、

24、其中，t为控制系统采样周期，k为系统采样序号，q(kt)为第k次采样输出，η(kt)为第k次输入的偏差，η(kt-t)为第k-1次输入偏差，α、β、δ为控制系统的三个参数，通过减小采样周期，逼近连续控制，获得参数经验值分别为0.63、0.22、6.82。

25、本发明的有益效果：

26、本发明采用电解法制备二氧化氯，相较于传统化学方法，本发明得到的二氧化氯纯度更高，且制备过程安全稳定。本发明中，在阳极电极钛片表面涂覆第一催化剂，通过合理设置氧化钌、氧化铑和氧化铂组成结构，使其混合物能够均匀分布在钛片表面，形成立体三维结构，具备更大的表面粗糙度和比表面积，大大提高二氧化氯气体的转化率。

技术特征：

1.一种安全的纯二氧化氯气体制备方法，其特征在于，采用电解法制备二氧化氯，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述安全的纯二氧化氯气体制备方法，其特征在于，所述阳极液亚氯酸钠的浓度为0.1-5mol/l，阴极液氯化钠的浓度为0.1-5mol/l。

3.根据权利要求1所述安全的纯二氧化氯气体制备方法，其特征在于，所述阳极电极为表面涂有第一催化剂的钛片；所述阴极电极为表面涂有第二催化剂的钛片。

4.根据权利要求3所述安全的纯二氧化氯气体制备方法，其特征在于，所述第一催化剂为氧化钌、氧化铑和氧化铂的混合物。

5.根据权利要求3所述安全的纯二氧化氯气体制备方法，其特征在于，所述表面涂有第一催化剂的钛片的具体操作步骤为：将氯化钌、氯化铑和氯化铂按质量比1：(0.1-0.5)：(0.1-0.5)溶解在乙醇中得到混合溶液a，将钛片浸入混合溶液a中20s，取出沥干，然后放入电阻炉中，220℃反应20min，取出冷却至室温，重复操作10-20次，即可得表面涂有氧化钌、氧化铑和氧化铂的混合物的钛片。

6.根据权利要求3所述安全的纯二氧化氯气体制备方法，其特征在于，所述第二催化剂为氧化镍和氧化钴混合物，其中，氧化镍和氧化钴的质量比为1：(0.1-1)。

7.根据权利要求5所述安全的纯二氧化氯气体制备方法，其特征在于，所述阴极电极表面涂覆的第二催化剂用量为1-10g/m2。

8.根据权利要求1所述安全的纯二氧化氯气体制备方法，其特征在于，步骤三中反应温度为25-40℃，恒定电流为1-5a。

9.根据权利要求1所述安全的纯二氧化氯气体制备方法，其特征在于，阳极室和阴极室中间以阳离子交换膜隔开。

10.根据权利要求1所述安全的纯二氧化氯气体制备方法，其特征在于，步骤三中反应温度通过电解发生器实时温控系统控制，所述电解发生器实时温控系统包含控制模块、混合热交换模块、反馈系统模块；

技术总结
本发明公开了一种安全的纯二氧化氯气体制备方法，采用电解法制备二氧化氯，包括以下步骤：步骤一、制备电解所需的阳极电极和阴极电极；步骤二、将亚氯酸钠溶液注入阳极室，将氯化钠注入阴极室；步骤三、控制反应温度，施加恒定电流持续电解；步骤四、回收阳极上产生的二氧化氯。本发明通过在阳极电极钛片表面涂覆第一催化剂，通过合理设置氧化钌、氧化铑和氧化铂组分，使其混合物能够均匀分布在钛片表面，形成立体三维结构，具备更大的表面粗糙度和比表面积，大大提高二氧化氯气体的转化率。

技术研发人员：王兵,李超
受保护的技术使用者：深圳凯士洁生物技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14